专利名称：热轧高压流体除锈方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种除锈方法及装置，特别是一种热轧高压流体除锈方法及装置，其可应用于钢带、钢板、型钢、条钢、线材等的热轧工艺。
背景技术：
一般已公知的热轧钢坯的表面锈皮必须于轧延之前予以清除，以避免锈皮被轧入，造成产品(如钢带、钢板等)表面瑕疵，因此高压流体除锈装置通常装设于轧机之前。图Ia显示已公知的高压流体除锈装置喷嘴喷幕于钢坯表面所形成的冲击区域模拟示意图；图Ib显示已公知的高压流体除锈装置的除锈喷嘴排列示意图；图Ic显示已公知的高压流体除锈装置的侧视图。其中，图Ia中的B为喷嘴11的喷宽，E为相邻喷嘴11的 喷嘴间距，O为相邻冲击区域的重迭区域宽度，Y为转位角，图Ib中的α为喷嘴11的喷射角度，图Ic中的β为喷嘴11的中心线111与钢坯10表面法线N的夹角(前倾角)。结合参考图Ia至图lc，在已公知的高压流体除锈装置中，前倾角β主要目的在于使得高压流体及剥离后的锈皮往上游方向(相反于钢坯传输方向)传送，避免锈皮被带往下游的轧延区域，造成轧入锈皮而产生产品(如钢带、钢板等)表面瑕疵，也就是说，一般已公知的除锈为逆向除锈(高压流体喷射方向与钢坯传输方向相反)，而前倾角β —般约为15度。图2显示已公知的相邻喷嘴喷幕于重迭区域的剖面(图Ib的A-A剖面)示意图；图3显示已公知的喷嘴喷幕反弹流体方向的示意图，其中，X为反弹流体的辐射角度；图4显示以铝板作为试喷板的冲蚀实验二相邻冲击区域的示意图，其中，G为冲蚀的空白区宽度，W为冲蚀的弱化区宽度。结合参考图Ia至图3，在已公知的高压流体除锈装置喷嘴11的排列设计旨在将相邻喷嘴11所喷出的喷幕12、13通过转位角Y予以错开，以避免喷幕12、13互相干涉，而影响除锈的均一性。在设计上所欲达到的目标，是希望相邻喷嘴11所喷出的喷幕12、13于钢坯10表面所形成的冲击区域14及15产生前后部分重迭，以期能在钢坯除锈过程中完整及均匀扫除钢坯10表面的锈皮；但经多次以铝板作为试喷板的冲蚀测试，其测试结果与设计的预设目标的冲击区域14及15排列差异极大，其中在实际冲蚀测试中(如图4所示)，相邻喷嘴11的冲击区域14及15并无重迭，相邻冲击区域14及15之间存在空白区(G)，在该空白区(G)内并无冲蚀现象。造成此空白区(G)的主要原因在于，重迭区域后方的喷幕13的反弹流体16冲击到前方喷幕12而产生干涉(参考图2)，使得喷幕12于重迭区域的部分喷幕无法冲击于试喷铝板表面，因而喷幕12于重迭区域附近冲击于试喷铝板表面的冲击力因而大为降低；另一主要原因为，由于喷幕12、13有一定的厚度，因此后层的反弹流体16则往压力较弱的两侧延展，因而反弹流体16为向外辐射(参考图3)。在空白区(G)中，试喷铝板表面仅有些微亮痕，并无冲蚀的粗糙表面；在弱化区(W)中，试喷铝板表面有冲蚀现象的粗糙表面，但其冲蚀痕的宽度与深度，已变窄且变浅，也就是说表示相应空白区(G)与弱化区(W)的冲击强度或除锈能力已因干涉而弱化。该空白区(G)及弱化区(W)的存在，显示出已公知的高压流体除锈喷嘴11几何位置的设计存在除锈能力不均匀的问题，其为造成轧入锈皮的主要原因，然而，在已公知的技术中，此种问题常易被认为系因喷嘴11的排列设计或/及除锈装置制造安装不当，使得冲击区域14及15未重迭或重迭不足所造成。因此，有必要提供一种创新且具进步性的热轧高压流体除锈方法及装置，以改善或减少相邻喷嘴喷幕于重迭区域由反弹水所引起的干涉影响。
发明内容
本发明提供一种热轧高压流体除锈方法及装置，该装置包括至少一个除锈单元，该至少一个除锈单元包括主喷管及多个喷嘴，该主喷管的长度方向相交于钢坯的钢坯传输方向，用以提供流体。所述喷嘴布设于该主喷管，每一喷嘴朝向该钢还传输方向的相反方向，每一喷嘴喷射该流体至该钢坯的表面以清洁该钢坯表面的锈皮。由所述喷嘴喷射出的 流体于该钢坯的表面形成多个冲击区域，相邻冲击区域实质上相互平行且前后交错位于该钢坯的表面，且相邻冲击区域的长度方向中心线间隔冲击区域间距，其中该长度方向中心线实质上垂直于该钢还传输方向。由此，本发明的热轧高压流体除锈方法及装置可减少相邻喷嘴喷幕因反弹流体所产生的干涉影响，故可提升除锈质量、减少产品表面锈皮缺陷而提升产品表面质量。在应用上，本发明的热轧高压流体除锈方法及装置可应用于钢带、钢板、型钢、条钢、线材等的热轧工艺。
图Ia显示已公知的高压流体除锈装置喷嘴喷幕于钢坯表面所形成的冲击区域模拟不意 图Ib显示已公知的高压流体除锈装置的除锈喷嘴排列示意 图Ic显示已公知的高压流体除锈装置的侧视 图2显示已公知的相邻喷嘴喷幕于重迭区域剖面(图Ib的A-A剖面)的示意 图3显示已公知的喷嘴喷幕反弹流体方向的示意 图4显示以铝板作为试喷板的冲蚀实验中已公知的二相邻冲击区域的示意 图5a显示本发明第一实施例的热轧高压流体除锈装置喷嘴喷幕于钢坯表面所形成的冲击区域模拟示意 图5b显示本发明第一实施例的热轧高压流体除锈装置的除锈喷嘴排列示意 图5c显示本发明第一实施例的热轧高压流体除锈装置的侧视 图6至8显示本发明第一实施例的三种不同喷嘴设置方式的示意 图9及10显示本发明第一实施例的热轧高压流体除锈装置具有延伸部的示意 图11显示本发明热轧高压流体除锈装置的第二实施例的示意 图12显示已公知的喷嘴排列设计以铝板作为试喷板的实验中，其相邻喷嘴喷幕于铝板表面所形成的冲蚀痕模拟示意图；及
图13至14显示本发明相邻喷嘴喷幕于铝板表面所形成的冲蚀痕模拟示意图。
主要组件符号说明
2本发明第一实施例的热轧高压流体除锈装置
3钢还
5延伸部
6本发明第二实施例的热轧高压流体除锈装置
10钢还
11喷嘴12,13 喷幕 14、15冲击区域
16反弹流体
20除锈单元
21主喷管
111已公知的喷嘴的中心线
211主喷管的长度方向中心线
212主喷管的径向中心线
22喷嘴
221第一喷嘴
222第二喷嘴
223第一喷嘴中心线
224第二喷嘴中心线
23第一喷嘴喷幕
24第二喷嘴喷幕
31第一冲击区域
32第二冲击区域B喷嘴的喷宽
D相邻冲击区域间距
D’相邻喷嘴中心线前后错开的间距
E相邻喷嘴于主喷管长度方向上的喷嘴间距
G空白区宽度
H相邻喷嘴的中心线相交处距该钢坯的距离
N垂直于钢坯表面的法线
0相邻冲击区域的重迭区域宽度
t冲击区域的厚度
W弱化区宽度
X反弹流体的辐射角度
a喷嘴的喷射角度
^前倾角(喷嘴中心线与钢坯表面法线的夹角)
^!第一前倾角
^2第二前倾角Y转位角。
具体实施例方式图5a显示本发明第一实施例的热轧高压流体除锈装置喷嘴喷幕于钢坯表面所形成的冲击区域模拟示意图；图5b显示本发明第一实施例的热轧高压流体除锈装置的除锈喷嘴排列示意图；图5c显示本发明第一实施例的热轧高压流体除锈装置的侧视图。结合参考图5a至5c，本发明第一实施例的热轧高压流体除锈装置2包括至少一个除锈单元20，该至少一个除锈单元20包括主喷管21及多个喷嘴22。该主喷管21的长度方向相交于钢坯3的钢坯传输方向，用以提供流体。在本实施例中，该主喷管21的长度方向垂直于该钢还传输方向。该钢还3包括扁块还(slab)、型钢还(beam blank)、方块还(bloom)等。
所述喷嘴22布设于该主喷管21,每一喷嘴22朝向该钢还传输方向的相反方向(也就是说，高压流体的除锈喷射方向与该钢坯传输方向相反)。在本实施例中，所述喷嘴22包括多个第一喷嘴221及多个第二喷嘴222。为清楚表示相邻第一喷嘴221及第二喷嘴222的设置关系，在图5c中未示出相邻第一喷嘴221及第二喷嘴222重迭的部分。所述第一喷嘴221及所述第二喷嘴222喷射该流体至该钢坯3的表面形成多个第一冲击区域31及多个第二冲击区域32，所述第一冲击区域31与所述第二冲击区域32实质上相互平行且前后交错位于该钢坯3的表面。相对于该钢坯传输方向相邻第一冲击区域31及第二冲击区域32部分重迭，相邻第一冲击区域31及第二冲击区域32的长度方向中心线间隔冲击区域间距D，该长度方向中心线实质上垂直于该钢坯传输方向。在本实施例中，所述第一喷嘴221及所述第二喷嘴222沿该主喷管21的长度方向间隔且前后交错设置，也就是说，所述第一喷嘴221及所述第二喷嘴222喷射该流体形成前后交错的第一喷嘴喷幕23及第二喷嘴喷幕24，所述第一喷嘴喷幕23及所述第二喷嘴喷幕24于该钢坯3的表面分别形成所述第一冲击区域31与所述第二冲击区域32 (结合参考图5a及图5b)。所述第一喷嘴221及所述第二喷嘴222的设置方式可为，相邻第一喷嘴221的中心线223及第二喷嘴222的中心线224相互平行，且对称于该主喷管21的径向中心线212(如图5c所示)。或者，相邻第一喷嘴221的中心线223及第二喷嘴222的中心线224相互平行，且不对称于该主喷管21的径向中心线212(如图6所示，其中第二喷嘴222的中心线224与该主喷管21的长度方向中心线211相交)。在相邻第一喷嘴221的中心线223及第二喷嘴222的中心线224相互平行的设置方式中，相邻第一冲击区域31及第二冲击区域32间的冲击区域间距D与相邻第一喷嘴221及第二喷嘴222前后错开的间距D’(相邻第一喷嘴221的中心线223及第二喷嘴222的中心线224前后错开的距离)及与第一喷嘴221及第二喷嘴222的前倾角P的关系为D’ =DcosP，该前倾角P为所述第一喷嘴221及所述第二喷嘴222的中心线与垂直于该钢坯3的表面的法线N的夹角。或者，所述第一喷嘴221及所述第二喷嘴222的设置方式可为，相邻第一喷嘴221的中心线223及第二喷嘴222的中心线224不相平行。其中，相邻第一喷嘴221的中心线223及第二喷嘴222的中心线224可相交于该主喷管21的长度方向中心线211 (例如图7所示)或不与该主喷管21的长度方向中心线211相交(例如图8所示)。在相邻第一喷嘴221的中心线223及第二喷嘴222的中心线224不相平行的设置方式中，相邻第一冲击区域31及第二冲击区域32的冲击区域间距D与相邻第一喷嘴221及第二喷嘴222的第一前倾角P1和第二前倾角P2，及与相邻第一喷嘴221的中心线223及第二喷嘴222的中心线224相交处距该钢坯3的距离H的关系为D=H (SinP1-Sir^2X该第一前倾角0 !及该第二前倾角P 2分别为相邻第一喷嘴221的中心线223及第二喷嘴222的中心线224与垂直于该钢坯3的表面的法线N的夹角。另外，结合参考图9及图10，本发明的热轧高压流体除锈装置2可另包括多个延伸部5,该延伸部5为柱状(如方柱、圆柱),每一延伸部5设置于除锈单兀20的至少一个喷嘴22与该主喷管21之间，每一延伸部5连通该至少一个喷嘴22与该主喷管21 ;或者，本发明的热轧高压流体除锈装置2可仅另包括延伸部5,该延伸部5为块状,该延伸部5设置于所述喷嘴22与该主喷管21之间，该延伸部5连通所有喷嘴22与该主喷管21。在具有延伸部5的热轧高压流体除锈装置2中，相邻第一喷嘴221的中心线223及第二喷嘴222的中心线224可相互平行(例如图9所示)或不相平行(例如图10所示)。其中，该至少一个喷嘴22相对于延伸部5的设置方式，较适用于相邻喷嘴22之间具有较大的间隔距离时；所有喷嘴22相对于延伸部5的设置方式，较适用于相邻喷嘴22之间具有较小的间隔距离时。参考图11，其显示本发明热轧高压流体除锈装置的第二实施例的示意图。在本实施例中，该第二实施例的热轧高压流体除锈装置6包括如图5c所示的二除锈单元20，其中二除锈单元20的喷嘴22中心线位置优选交错1/2个喷嘴22的间距E。其中，与第一实施例的热轧高压流体除锈装置2相同的元件以相同元件符号表示，且在此不再加以叙述。可理解的是，二除锈单元20也可以是如图6至10所示的任一种除锈单元20。
图12显示已公知的喷嘴排列设计以铝板作为试喷板的实验中，其相邻喷嘴喷幕于铝板表面所形成的冲蚀痕模拟示意图。所述相邻冲击区域14及15的几何关系可表示如下
D = E Siiiy(I)
G = ^^sm(X+r)(2)
cosX
G =..........^...........sin(X + y)(3)
cosX
X为反弹流体的辐射角度；D为相邻冲击区域14及15间的冲击区域间距；E为形成所述相邻冲击区域14及15的相邻喷嘴于主喷管长度方向上的喷嘴间距；G为铝板表面上的相邻冲击区域14及15间的空白区宽度(无冲蚀现象的区域)；Y为转位角，其为冲击区域14及15的长度方向与垂直于模拟的钢还传输方向的设定方向的夹角；0为相对于模拟的钢坯传输方向相邻冲击区域14及15的重迭区域宽度。由式(2)可知喷嘴间距E愈大则空白区(G)也愈较宽，因此缩减喷嘴间距E，可缩减空白区宽度G。由式(2)也可知转位角Y愈大，空白区(G)亦较宽，因此减小转位角Y，也可缩减空白区宽度G。
图13至14显示本发明相邻喷嘴喷幕于铝板表面所形成的冲蚀痕模拟示意图。结合参考图5a至5c及图13至14，本发明的除锈装置2所述喷嘴22的排列设计，使得所述第一喷嘴221及所述第二喷嘴222于钢坯3表面形成前后交错的第一冲击区域31及第二冲击区域32，相邻第一冲击区域31及第二冲击区域32相互平行，也就是说，转位角Y趋近于零，而一般已公知的设计中，喷嘴的转位角U)为15°，本发明相较于已公知的设计，在相同冲击区域间距D下，本发明的热轧高压流体除锈装置均可有效降低空白区宽度以提升除锈质量。当转位角Y趋近于零(Y 0)，由式(3)可得 G- D tanX(4)
此时，空白区宽度G取决于相邻第一冲击区域31及第二冲击区域32的冲击区域间距D及反弹流体的辐射角度X。参考式(4)，当D t (如图10所示)，
G = t tanX(5)
此时，理论上空白区宽度G为最小，但由于喷嘴22的制作误差及除锈单元20整体的焊接、制作、组装的累计误差，使冲击区域间距D有可能小于t，而使得相邻第一喷嘴221及第二喷嘴222的第一喷嘴喷幕23及第二喷嘴喷幕24相互干涉，反而扩大空白区宽度G，由此本发明中，相邻第一冲击区域31及第二冲击区域32间的冲击区域间距D与第一冲击区域31及第二冲击区域32的厚度t，以及与相邻第一喷嘴221及第二喷嘴222于该主喷管21的长度方向上的喷嘴间距E的关系，优选为t < D兰E sinl5°。表一为本发明与已公知的除锈装置的冲蚀实验比较，已公知的高压流体除锈装置以铝板作为试喷板的冲蚀实验中，在转位角Y为15°及形成的相邻冲击区域间的冲击区域间距D约为9t的条件下，其所产生的空白区宽度G约为15 mm;在转位角、为10°及形成的相邻冲击区域间的冲击区域间距D约为6t的条件下，其所产生的空白区宽度G约为12 mm。而本发明除锈装置2以铝板作为试喷板的冲蚀实验中，在转位角Y趋近于零(Y 0°)及形成的相邻第一冲击区域31及第二冲击区域32间的冲击区域间距D分别约为6t及2. 5t的条件下，其所产生的空白区宽度G分别约为5. 5 mm及3. 5 mm，本发明除锈装置2相较于已公知的除锈装置，可明显缩减空白区宽度G (参考表一)。因此，本发明的除锈装置2所述喷嘴22的排列设计可有效改善相邻喷嘴喷幕相互干涉的问题。表一本发明与已公知的除锈装置的冲蚀实验比较
权利要求
1.一种热轧高压流体除锈装置，包括至少一个除锈单元，该至少一个除锈单元包括 主喷管，其长度方向相交于钢还的钢还传输方向，用以提供流体； 多个喷嘴，布设于该主喷管，每一喷嘴朝向该钢还传输方向的相反方向，每一喷嘴喷射该流体至该钢坯的表面形成冲击区域，相邻冲击区域实质上相互平行且前后交错位于该钢坯的表面，相邻冲击区域的长度方向中心线间隔冲击区域间距，该长度方向中心线实质上垂直于该钢还传输方向。
2.根据权利要求I所述的装置，其中所述喷嘴沿该主喷管的长度方向间隔且前后交错设置。
3.根据权利要求I所述的装置，其中相邻喷嘴的中心线相互平行。
4.根据权利要求3所述的装置，其中相邻喷嘴的中心线对称或不对称于该主喷管的径向中心线。
5.根据权利要求3所述的装置，其中相邻冲击区域间的冲击区域间距(D)与相邻喷嘴中心线前后错开的间距(D’)及喷嘴的前倾角(β)的关系为D’=D cosi3，该前倾角β为喷嘴的中心线与垂直于该钢坯的表面的法线的夹角。
6.根据权利要求I所述的装置，其中相邻喷嘴的中心线不相平行。
7.根据权利要求6所述的装置，其中相邻冲击区域间的冲击区域间距(D)，与相邻喷嘴的前倾角(β P和(β 2)以及相邻喷嘴的中心线相交处距该钢坯的距离(H)的关系为D=H(sin β「sin β 2)，所述前倾角(β J及(β 2)分别为相邻喷嘴的中心线与垂直于该钢坯的表面的法线的夹角。
8.根据权利要求5或7所述的装置，其中相邻冲击区域间的冲击区域间距(D)与冲击区域的厚度(t)及相邻喷嘴于该主喷管的长度方向上的喷嘴间距(E)的关系为t < D = Esinl5°。
9.根据权利要求I所述的装置，还包括延伸部，该延伸部设置于所述喷嘴与该主喷管之间。
10.根据权利要求I所述的装置，还包括多个延伸部，每一延伸部设置于至少一个喷嘴与该主喷管之间。
11.根据权利要求I所述的装置，所述装置包括二除锈单元，其中二除锈单元的喷嘴中心线位置交错1/2个喷嘴间距，该喷嘴间距为每一除锈单元中相邻喷嘴于该主喷管的长度方向上的间距。
12.—种热轧高压流体除锈方法，利用来自至少一个除锈单元的主喷管中的流体经多个喷嘴，朝向钢坯传输方向的相反方向喷射至钢坯的表面，以清洁该钢坯表面的锈皮，由所述喷嘴喷射出的流体于该钢坯的表面形成多个冲击区域，其中相邻冲击区域实质上相互平行且前后交错位于该钢坯的表面，相邻冲击区域的长度方向中心线间隔冲击区域间距，该长度方向中心线实质上垂直于该钢还传输方向。
13.根据权利要求12所述的方法，其中该流体经所述喷嘴以5° 45°的前倾角喷射至该钢还的表面。
14.根据权利要求12所述的方法，其中相邻冲击区域间的冲击区域间距(D)与冲击区域的厚度(t)及相邻喷嘴于该主喷管的长度方向上的喷嘴间距(E)的关系为t < D = Esinl5°。
15.根据权利要求12所述的方法，其中来自二除锈单元的主喷管中的流体经各除锈单元的多个喷嘴喷射至该钢坯的表面，其中二除锈单元的喷嘴中心线位置交错1/2个喷嘴间距，该喷嘴间距系为每一除锈单元中相邻喷嘴于该主喷管的长度方向上的间距。
全文摘要
本发明涉及一种热轧高压流体除锈方法及装置，该装置包括至少一个除锈单元，该除锈单元的主喷管的长度方向相交于钢坯的钢坯传输方向，用以提供流体，该除锈单元的多个喷嘴布设于该主喷管，每一喷嘴朝向该钢坯传输方向的相反方向且喷射该流体至该钢坯的表面形成冲击区域，相邻冲击区域实质上相互平行且前后交错位于该钢坯的表面，相邻冲击区域的长度方向中心线间隔冲击区域间距，该长度方向中心线实质上垂直于该钢坯传输方向。由此，可减少相邻喷嘴喷幕因反弹流体所产生的干涉影响，故可提升除锈质量、减少产品表面锈皮缺陷而提升产品表面质量。
文档编号B21B45/08GK102728634SQ20111008639
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月7日 优先权日2011年4月7日
发明者石俊超, 茹仲屏, 董坤成, 郑碧昆, 黄朝琪 申请人:中国钢铁股份有限公司